知识点详解：固定联接的装配技术

知识要点

★螺纹联接、键联接、销联接及过盈联接常识与工艺方法

★各固定联接装配要求与操作要点

学习目标

通过本任务的学习，完成螺纹联接、键联接及销联接的装配操作，并做到以下几点。

(1)熟知螺纹联接、键联接、销联接及过盈联接常识与工艺方法。

(2)了解各固定联接装配要求与操作要点。

(3)熟知固定联接工作程序、操作方法及适用场合。

相关知识

1.螺纹联接的装配工艺

螺纹联接是一种可拆卸的固定联接。它具有结构简单、联接可靠、装拆方便、成本低廉等优点，因此在机械制造中被广泛应用。常用的螺纹紧固件有螺栓、螺柱、螺钉、紧定螺钉、螺母、垫圈等。该类零件都已标准化，由标准件厂大量生产。

1)螺纹联接装配技术要求与控制措施

(1)保证有足够的拧紧力矩。为使联接牢固可靠，拧紧螺纹时，必须有足够的拧紧力矩。对有预紧力要求的螺纹联接，其预紧力的大小可从工艺文件中查出。可采用扭力扳手使预紧力达到给定值[见图9-17(a)]，也可以通过控制螺栓伸长量[见图9-17(b)]来控制预紧力。

(2)保证螺纹联接的配合精度。螺纹联接的精度主要指其旋合性、接触高度和可靠性，它是通过控制螺纹的加工精度来达到。普通螺纹的配合精度分为精密级、中等级和粗糙级三个等级。精密级用于配合性质变动小的精密螺纹；中等级用于一般用途的机械和构件上的螺纹；粗糙级用于精度要求不高或制造比较困难的螺纹。螺纹的旋合长度与螺纹精度有关。公差等级相同而旋合长度不同的螺纹精度等级就不相同。一般以中等旋合长度下的6级公差等级作为中等精度，精密级与粗糙级都与此相比较而言。

图9-17　拧紧力矩的控制方法

(a)指针式扭力扳手　(b)螺栓伸长量测量

(3)有可靠的防松装置。螺纹联接用于有冲击负荷作用或振动场合时，为防止螺纹出现松动现象，必须有可靠的防松装置。

①附加摩擦力防松装置。主要有锁紧螺母防松和弹簧垫圈防松，如图9-18所示。

图9-18　附加摩擦力防松装置

(a)锁紧螺母防松　(b)弹簧垫圈防松

②用机械方法防松。常用的有开口销与带槽螺母防松[见图9-19(a)]；止动垫圈防松[见图9-19(b)、(c)]和串联钢丝防松[见图9-19(d)]等。

2)螺纹联接装配常用工具

(1)螺钉旋具。主要用来装拆头部开槽的螺钉。常用螺钉旋具有一字螺钉旋具、十字螺钉旋具和弯头螺钉旋具等，如图9-20所示。

(2)扳手。用来装拆六角形、正方形螺钉及各种螺母。扳手有通用扳手(活扳手)、专用扳手和特种扳手等。

使用活扳手时，应让固定钳口承受主要的作用力，如图9-21所示。扳手长度不可随意加长，以免损坏扳手和螺钉。

图9-19　用机械方法防松

(a)开口销与带槽螺母防松　(b)圆螺母止动垫圈防松(c)六角螺母止动垫圈防松　(d)串联钢丝防松

图9-20　螺钉旋具

(a)一字螺钉旋具　(b)十字螺钉旋具　(c)弯头螺钉旋具

图9-21　活扳手及使用

专用扳手只能拆装一种规格的螺母或螺钉。根据其用途不同，可分为固定扳手、整体扳手、内六角扳手、钩头扳手和套筒扳手等，如图9-22所示。

图9-22　专用扳手

(a)固定扳手　(b)整体扳手　(c)内六角扳手　(d)钩头扳手　(e)套筒扳手

特种扳手是根据某些需要制造的，如图9-23所示的棘轮扳手，不仅使用方便，且效率较高。

3)螺纹联接的装配

(1)双头螺柱的装配要点。

①应保证双头螺柱与机体螺纹配合有足够的紧固性。为此，可采用过盈配合，保证配合时有一定的过盈量，也可采用台阶紧固方式，如图9-24所示，有时还可将螺纹最后几圈牙形沟槽做得浅一些，以达到紧固性的目的。

图9-23　棘轮扳手

图9-24　双头螺柱的坚固形式

(a)过盈配合　(b)采用台阶坚固方式

②双头螺柱的轴线必须与机体表面垂直。为保证其垂直度，可采用直角尺进行检验，当垂直度误差较小时，可将螺孔用丝锥矫正后再装配。

③装配双头螺柱时必须加注润滑油。

常用拧紧双头螺柱的方法有用两个螺母拧紧[见图9-25(a)]、用长螺母拧紧[见图9-25(b)]、用专用工具拧紧[见图9-25(c)]等。

图9-25　拧紧双头螺柱的方法

(a)用两个螺母拧紧　(b)用长螺母拧紧　(c)用专用工具拧紧

(2)螺母和螺钉的装配要点。

①螺钉不能弯曲变形，螺钉头部、螺母底面应与机体接触良好。

②被连接件受力应均匀，互相贴合，连接牢固。

③拧紧成组螺母时，需按一定顺序逐次进行，才能保持被连接件与螺杆受力均匀一致，不产生变形。拧紧原则一般是从中间向两边对称扩展，如图9-26所示。

图9-26　拧紧成组螺钉的顺序

(a)长方形　(b)方形　(c)圆形

2.键联接的装配工艺

键联接是通过键实现轴和轴上传动零件的周向固定，以传递运动和转矩，如图9-27所示。键联接具有结构简单、工作可靠、装拆方便等优点，因此在机械行业中得到广泛应用。各种键多采用45钢制造，并经调质处理，其尺寸均已标准化。根据键的结构特点和用途不同，键联接可分为松键联接、紧键联接和花键联接三大类。

图9-27　键联接

1)松键联接的装配

松键联接有普通型平键、半圆键、导向型平键和滑键等。它们是依靠键的侧面来传递转矩的，不能承受轴向力。如需轴向固定，则需加紧定螺钉或定位环等零件。松键联接对中性好，应用最为广泛。

(1)松键联接装配技术要求。键与键槽的配合应符合要求。键与轴槽和轮毂槽的配合性质一般取决于机构的工作性质和要求。键可以固定在轴或轮毂上，而与另一相配件能相对滑动，也可以同时固定在轴和轮毂上，并以键的极限尺寸为基准，改变轴槽、轮毂槽的极限尺寸得到不同的配合要求。松键联接按配合不同，又可分为松联接、正常联接和紧密联接。松键联接时键与键槽的配合如表9-8所示。

表9-8　松键联接时键与键槽的配合

①普通型平键与轴槽和轮毂槽均为静联接，键的两侧面与键槽须配合精确，可采用正常联接或紧密联接。

②导向型平键固定在轴上并用螺钉固定(见图9-28)，键与轮毂可相对滑动，因此键与滑动件(轮毂槽)的两侧面应达到精确间隙配合，而与轴槽采用过渡配合。

图9-28　导向型平键连接

③滑键联接的作用与导向型平键相同，适应于轴向运动较长的场合。滑键固定在轮毂槽中，键与轴槽可相对滑动(见图9-29)，因此键与轴槽的配合与导向型平键相似，即与滑动件(轴槽)的两侧面应达到精确间隙配合，而与轮毂槽为过渡配合。

图9-29　滑键联接

(2)松键联接装配要点。对于普通型平键和半圆键装配后，键的两侧面应有一些过盈，键顶面和轮毂槽底面之间须有一定间隙，键底面应与轴底面接触。对于导向型平键和滑键，要求键与滑动件的键槽侧面是间隙配合，而键与非滑动件的键槽侧面之间的配合必须紧密，没有松动现象。导向型平键的沉头螺钉要固定可靠，点铆防松。

松键联接装配可按以下步骤进行。

①清理键和键槽的毛刺。

②检查键的平直度、键槽对中心线的对称度和平行度。

③用键的头部与轴槽试配，对普通型平键和导向型平键应能使键紧紧地嵌在轴槽中，滑键应嵌在轮毂槽中。

④锉配键长时，键头与轴槽间应有0.1mm左右的间隙。

⑤在配合面上加注机油，用铜棒或台虎钳将键压装在轴槽中。

⑥按装配要求试配并安装套件(齿轮、带轮等传动件)。

2)紧键联接的装配

紧键联接又称楔键联接，按键的构造和工作情况不同，可分为楔键联接和切向键联接两种。

(1)楔键联接。楔键联接分为普通型楔键和钩头型楔键，如图9-30所示，键的上表面和与它相接触的轮毂槽底面均有1∶100的斜度，键的侧面与键槽有一定的间隙。装配时，将键打入而构成紧键联接，能传递转矩并能承受单向轴向力。紧键联接对中性差，多用于对中要求不高的联接。

钩头型楔键便于装拆，一般用于轴头部位。普通型楔键配制后将其在轴上固定。配制楔键时，可用涂色法检查斜面接触情况，工作面上接触应在70%以上，其余不接触部分不得集中在某一段。外露尺寸应为斜面长度的10%～15%(钩头型楔键的外露尺寸不包括钩头)。

图9-30　楔键联接(www.xing528.com)

(a)普通型楔键联接　(b)钩头型楔键联接

(2)切向键联接。如图9-31(a)所示，切向键由两个具有1∶100单面斜度的楔键沿斜面拼合而成。使用时，两个键的斜面相互接触，其上、下两个工作面互相平行，轴和轮毂槽底面都没有斜度。需要指出的是，楔键是依靠键与键槽工作面间的摩擦力来传递转矩的，而切向键是依靠工作面间的挤压来传递转矩的，因此，一对切向键只能传递一个方向的转矩[见图9-31(b)]，当需要传递双向转矩时，应使用两对成120°～130°分布的切向键[见图9-31(c)]。切向键多用于低速重载、传递较大转矩的结构。由于切向键的键槽在轴与轮(或其他相配件)组装一起后才能形成键槽，因此，键槽宽度尺寸较难控制。一般切向键都留有加工余量，待轴与轮毂组装后，实际测量键宽尺寸后进行配制，方法与楔键类似。

图9-31　切向键及装配

(a)切向键　(b)单个使用切向键联接　(c)成对使用切向健联接

3)花键联接的装配

花键联接是由轴和毂孔上的多个键齿和键槽组成，按工作方式不同有静联接和动联接两种方式。其特点是轴的强度高，传递转矩大，对中性及导向性好，常与万向联轴器配合，可以在一定角度内使用，但制造成本高，加工较复杂，普遍应用于运输机械中。

(1)花键与装配方式。按齿廓形状不同，花键可分为矩形花键、渐开线花键及三角形花键等，以矩形花键应用最为广泛，其结构形状如图9-32所示。GB/T1144—2001中规定花键装配时的定心方式以小径定心。

图9-32　矩形花键联接

(2)花键联接的装配要求及注意事项。对于静花键联接，装配后套件与花键之间允许有少量过盈，但不能过紧，否则将拉伤配合表面。对于动花键联接，套件与花键轴多为间隙配合，套件在轴上能滑动自如，没有阻滞现象，但也不能过松，当用手摇动套件时，应无间隙感。

在较大批量生产中，花键轴经滚切或铣削后还要进行磨削加工，花键孔是用拉刀拉制而成，因此，键齿和键槽尺寸精度均较高，在清除其上的毛刺后，即可连接装配。对单件小批量生产或检修配件时，一般需要研磨方可装入。一般的研磨要求是工作面经研磨后，同时接触的齿数不少于2/3，接触率在齿长和齿高方向上不得低于50%，研磨时用0.05mm塞尺检查齿侧间隙，塞尺不得插入全长。对于静连接，装配时可用铜棒轻轻打入，当配合过盈较大时，可将套件加热至80～120℃，然后进行装配。

装配后的花键副，应检验花键轴与套件的同轴度与垂直度。

3.销联接的装配

销联接可以起到定位、联接和保险作用(见图9-33)。销是销联接中的主要元件，销的结构简单、联接可靠、定位及装拆方便，在机械中被广泛应用，它种类较多，以圆柱销和圆锥销为常见类型。销大多用30、45钢制成，其形状和尺寸已标准化。销孔的精加工大多是采用铰削。

图9-33　销联接作用

(a)起定位作用　(b)起联接作用　(c)起保险作用

1)圆柱销的装配

圆柱销依靠过盈固定在销孔中，用以固定零件、传递动力或做定位零件。国家标准规定每种销可按四种公差等级制造，根据不同的配合要求选用。圆柱销不宜多次装拆，否则将降低其配合精度。

用圆柱销定位时，为了保证联接质量，通常两孔同时钻铰，并使孔壁表面粗糙度值不大于Ra1.6μm。装配时，在销的表面涂上机油，用铜棒垫在销的端面上，将销打入孔中。

2)圆锥销的装配

圆锥销具有1∶50的锥度，以其小头直径和长度表示规格。圆锥销定位准确，可多次装拆，在轴向力作用下可保证自锁，多用于经常拆卸的场合。

装配时，被联接的两孔也应同时铰出，但需要控制孔径，孔径的大小以销能自由插入孔中80%的长度为宜，然后用锤子敲入。

4.过盈联接的装配

1)过盈联接

过盈联接依靠包容件(孔)和被包容件(轴)配合后的过盈值达到紧固联接的目的。装配后，由于材料弹性变形，在包容件和被包容件的配合面间产生压力，依靠此压力产生的摩擦力传递转矩和轴向力。过盈联接的对中性好，承载能力强，并能承受一定冲击力，但配合面的加工要求高。

2)过盈联接的装配技术要求

(1)配合件要有较高的几何精度，并能保证配合时有合适的过盈量。

(2)配合表面应有较小的表面粗糙度值。

(3)装配前配合表面一定要涂上机油，压入过程应连续，速度要稳定，一般保持在2～4mm/s为宜。

(4)对细长件或薄壁件的配合，装配前一定要检查零件的几何偏差，装配时最好沿垂直方向压入。

3)过盈联接的装配方法与操作要点

(1)压入法。可用锤子加垫块敲击压入(见图9-34)或用压力机压入。

图9-34　压入方法及设备

(a)锤子敲击压入　(b)螺旋压力机压入　(c)专用C形夹头压入(d)齿条压力机压入　(e)气动杠杆压入机压入

(2)热胀配合法。利用热胀冷缩的物理特性，将孔加热使孔径胀大，然后将轴装入孔中。套入零件的加热方法应根据其尺寸大小来选择:一般中小型零件在燃气炉或电炉中进行加热，也可浸在热油(90～32℃)中加热；对于大型零件，可用感应加热器等加热。

(3)冷缩配合法。利用热胀冷缩的物理特性，将轴进行冷却，待轴径缩小后再把轴装入孔中，当温度回升后，轴与孔便紧固联接。常用的冷却方法是采用干冰(可冷却至-78℃)或液氮(可冷却至-195℃)进行冷却。

冷缩配合法的冷缩时间短，生产率高，与热胀配合法相比，变形量小，多用于过渡配合，有时也用于小过盈配合。

任务实施

1.双头螺柱联接的装配操作

(1)材料准备。选取一厚、一薄两钢板矩形条料，整理、去毛刺；预制双头螺柱(规格自定)，按即定螺柱预制薄板上的光孔和厚板上的螺孔；备好相应的垫圈和螺母。

(2)装配要求与操作要点。如图9-35所示，装配采用双螺母拧紧，保证联接可靠。双头螺柱中螺纹较短的一端称为旋入端，另一端称为紧固端。将旋入端旋入厚钢板的螺纹孔中时，要一直旋到近光杆处。为保证双头螺柱轴线与被联接件顶端垂直，操作过程中要用刀口形直角尺检查并及时找正。旋入操作用力适当，避免歪斜及产生咬合现象。

图9-35　双头螺柱联接生产实习图

2.键联接的装配操作

用普通型平键联接齿轮(或带轮等)与轴的装配。

(1)材料准备。根据实训条件选取传动副(轮和轴)，按其键槽尺寸准备相应键坯。

(2)装配要求与操作要点。如图9-36所示装配前检查并清洁装配件，按实际测得的键槽尺寸修锉平键配合尺寸至要求。锉配键长，使其装配后与轴槽间有0.1mm间隙。先用键头与键槽试配，使其能紧紧嵌入轴槽中。在配合面加机油，用铜棒或带垫口的台虎钳将键压装入轴槽中，按装配要求试配，安装传动件至要求。

图9-36　普通平键联接装配生产实习图

3.销联接的装配操作

(1)材料准备。准备两个板件(厚度根据销的长度自定)，分别用销GB/T117 10×45(圆锥销)、销GB/T119.18×45(圆柱销)进行两个板件联接作业。

(2)装配要求与操作要点。两联接件配作，装配后接触率不小于销长度的60%。如图9-37所示，按装配要求，采用配加工方式在两装配件上钻孔、铰孔，使其达到精度要求。

钻孔时要两件叠加夹紧，为保证钻孔精度，宜先用钻孔、扩孔加工至铰孔直径(圆锥孔加工至直径尺寸为ϕ9.8mm；圆柱孔加工至直径尺寸为ϕ7.9mm)。然后分别用1∶50锥度的铰刀(d＝10mm、l＝155mm)和手用铰刀(d＝8mm、l＝115mm)铰两孔至尺寸要求。清理孔口倒角毛刺，将圆锥销涂机油试装后用锤子敲入，销的头部应与被联接件顶端面平齐或露出不超过倒角值。

图9-37　销联接装配生产实习图

小提示

销作为标准件，需要时可根据装配要求选用。

圆柱销与销孔的配合是靠少量过盈来保证联接或定位的紧固性和可靠性，对销孔的尺寸、形状、表面质量等要求较高，因此，两个被联接件的销孔应同时进行钻削、铰削。钻孔时，应预留0.1～0.25mm铰削余量，对于直径较大的孔，铰削余量不能大于0.3mm。

圆锥销底孔要按圆锥销小头直径选用钻头，并预留铰削余量，钻孔后用1∶50锥度的铰刀铰孔。铰孔时，要用试装法控制孔径，以圆锥销自由插入全长的80%～85%为宜，然后用软锤敲入。

圆锥销允许多次拆卸，而圆柱销一经拆卸便失去过盈，必须更换。

任务评价与反馈

螺纹联接、键联接、销联接、过盈联接等固定联接装配是钳工装配工作中应掌握的最基本的装配操作技能。通过本任务实施，熟知各固定联接的装配方法及可靠性保障措施，结合操作过程，总结经验，积累装配工艺知识，夯实装配操作基础。

1.自我测评

(1)双头螺柱的装配过程是否顺利?操作过程中有哪些注意事项?

(2)普通型平键联接装配的操作要点是什么?采用哪些有效措施可保证装配精度?

(3)销联接主要用于什么场合?被联接件的配作过程需注意什么?

2.任务考评

按任务要求评定，填写任务考评表(见表9-9)

表9-9　固定联接的装配任务考评表

3.实训感悟

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知识储备

1.常用螺栓、螺钉选用

螺纹联接件的种类很多，就其联接形式和应用，可归纳为螺栓联接、螺柱联接和螺钉联接等。常用螺栓、螺钉的基本类型及应用如表9-10所示。

表9-10　常用螺栓、螺钉的基本类型及应用

(续表)

2.常用垫圈的选用

垫圈主要在螺纹联接中使用，按其作用可分为衬垫用和防松用两种。通常作为衬垫用的有平垫圈、球面垫圈、开口垫圈等，防松用的有弹簧垫圈、止动垫圈等。常用垫圈的基本类型及应用如表9-11所示。

表9-11　常用垫圈的基本类型及应用

(续表)